WO2023232850A1 - Verfahren zum kontaktlosen ermitteln einer kondensatbildung - Google Patents

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WO2023232850A1
WO2023232850A1 PCT/EP2023/064516 EP2023064516W WO2023232850A1 WO 2023232850 A1 WO2023232850 A1 WO 2023232850A1 EP 2023064516 W EP2023064516 W EP 2023064516W WO 2023232850 A1 WO2023232850 A1 WO 2023232850A1
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measuring tube
temperature sensor
module
measuring
carrier module
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PCT/EP2023/064516
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English (en)
French (fr)
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Peppino BREDA
Marc Werner
Benjamin Schwenter
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Endress+Hauser Flowtec Ag
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Publication date
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    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78—Direct mass flowmeters
    • G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
    • G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
    • G01F1/8409—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details
    • G01F1/8436—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters constructional details signal processing
    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/0037—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the heat emitted by liquids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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    • G01N2021/945—Liquid or solid deposits of macroscopic size on surfaces, e.g. drops, films, or clustered contaminants

Definitions

  • the invention relates to methods for contactlessly determining condensation formation on a measuring tube surface of a measuring tube, in particular a metallic one, by means of an optical temperature sensor for contactlessly detecting a temperature of the measuring tube and a modular Coriolis flowmeter for determining a process variable of a flowable medium.
  • Coriolis flowmeters have at least one or more oscillatable measuring tubes, which can be caused to oscillate using a vibration exciter. These vibrations are transmitted over the length of the pipe and are influenced by the type of flowable medium in the measuring pipe and its flow rate.
  • a vibration sensor or in particular two vibration sensors spaced apart from one another can record the varied vibrations in the form of one measurement signal or several measurement signals at another point on the measuring tube.
  • An evaluation unit can then determine the mass flow, the viscosity and/or the density of the medium from the measurement signal(s).
  • the measuring tubes are usually connected to the housing via a distributor piece.
  • the three components mentioned are welded together.
  • Coriolis flowmeters with interchangeable disposable measuring tube arrangements that are based on a modular design are also known.
  • WO 2011/099989 A1 a method for producing a monolithically designed measuring tube arrangement of a Coriolis flowmeter with curved measuring tubes is taught, the measuring tube body of the respective measuring tubes first being solidly formed from a polymer and the channel for guiding the flowable Mediums are then incorporated in an exciting way.
  • WO 2011/099989 A1 - as well as US 10,209,113 B2 - teaches a connecting body which is designed to accommodate and support a replaceable measuring tube module, comprising thin-walled plastic tubes.
  • the measuring tube module is attached to a carrier device equipped with the necessary exciters and sensors via the connecting body.
  • the measuring tube modules are not hermetically sealed in a housing. This is due to the interchangeability of the measuring tubes. However, by replacing the measuring tube modules and cleaning the carrier module, air moisture can get into the receptacle provided for the measuring tubes, which can condense on the measuring tubes of the measuring tube module. It is known from WO 2004/005089 A1 that in addition to temperature sensors, dew point sensors are used, which are in contact with the moisture present in the measuring room.
  • the invention is based on the object of resolving the problem and simplifying the method for determining the formation of condensate.
  • the method according to the invention for the contactless determination of condensate formation on a measuring tube surface of a, in particular metallic, measuring tube by means of an optical temperature sensor for contactless detection of a temperature of the measuring tube comprising the method steps:
  • contactless determination means a determination of the formation of condensate on a measuring tube surface, in which the temperature sensor or components of the temperature sensor do not come into mechanical contact with the measuring tube surface and the condensate.
  • the temperature sensor comprises a sensor which is suitable for detecting the light beam and determining a light beam intensity.
  • the optical temperature sensor can be, for example, an infrared Act temperature sensor.
  • the temperature sensor can have a photodiode, for example.
  • the temperature sensor can have a light beam generating device which is set up to generate a light beam directed onto the surface, in particular the measuring tube surface of the measuring tube. The optical temperature sensor is then set up to detect the light beam reflected on the surface, in particular the measuring tube surface.
  • the output signal essentially comprises the temperature of the measuring tube or a current signal that correlates with the temperature of the measuring tube.
  • a contactless determination of condensation formation is particularly advantageous for oscillating measuring tubes.
  • An advantageous application is found in a conventional Coriolis flowmeter and/or a modular Coriolis flowmeter for use in single-use applications for biopharmaceutical processes.
  • the temperature sensor is oriented relative to the measuring tube surface to be monitored in such a way that the temperature measuring point is located on the measuring tube which oscillates during operation.
  • Coriolis flowmeters are also known in which the measuring tube has a measuring tube section during operation that does not vibrate.
  • the temperature sensor can be arranged in such a way that the temperature measuring point is located on the measuring tube section that does not oscillate during operation.
  • the tolerance range has a first tolerance limit, wherein the temperature sensor has a measuring range, the tolerance limit being outside the measuring range.
  • the modular Coriolis flowmeter according to the invention for determining a process variable of a flowable medium comprising:
  • the measuring tube module comprises at least one measuring tube for guiding the medium, wherein the measuring tube module has a primary exciter component, wherein the measuring tube module has a primary sensor component;
  • the carrier module has a receptacle in which the measuring tube module can be detachably arranged, wherein the carrier module has a secondary exciter component that is complementary to the primary exciter component, wherein the carrier module has a secondary sensor component that is complementary to the primary sensor component,
  • the contactless temperature sensor being arranged in/on the carrier module in such a way that the measuring tube module is arranged in the carrier module is, the contactless temperature sensor is directed at a measuring tube surface of the measuring tube and receives a light beam emitted by the measuring tube surface of the measuring tube, the modular Coriolis flowmeter being set up to carry out the method according to one of the preceding claims.
  • a condensate on the measuring tube leads to an asymmetrical mass distribution of the measuring tube and thus to errors in the mass flow determination.
  • a dew point sensor is used.
  • the temperature sensor is arranged separately from the humidity in the receptacle and does not come into contact with it.
  • the modular Coriolis flowmeter has electronic components - such as a processor, logical electronic components, etc. - which are suitable for carrying out the method steps of the method according to the invention itself and/or in conjunction with the temperature sensor.
  • Aligning the temperature sensor with the surface, in particular with the measuring tube surface of the metallic measuring tube, can also be done with or via one or more mirrors and/or prism lenses.
  • the temperature sensor is designed as an infrared sensor and the light beam includes infrared light.
  • the temperature of the medium to be conveyed remains unaffected and contactless temperature measurements at short distances and in a light-tight room are possible.
  • One embodiment provides that the at least one measuring tube is curved in a measuring tube section, with the measuring tube surface lying in the measuring tube section.
  • the carrier module has a chamber for accommodating the temperature sensor, the chamber being separated from the receptacle by a carrier module wall, the temperature sensor being arranged in the chamber.
  • One embodiment provides that the temperature sensor in the chamber is sealed from the air in the receptacle.
  • One embodiment provides that an opening is arranged in the carrier module wall, a protective glass being arranged in the opening, the temperature sensor being arranged in the chamber and the measuring tube in the receptacle in such a way that the light beam passes through the opening, in particular through the At least partially transparent protective glass for the light beam reaches the temperature sensor.
  • the protective glass has zinc sulfide at least in sections or is formed from zinc sulfide.
  • the protective glass has chalcogenides at least in sections or is formed from chalcogenides.
  • the two materials mentioned for the protective glass are particularly suitable for the use of infrared sensors, as they are particularly transparent to radiation with a wavelength between 8 and 12 pm.
  • the invention is explained in more detail using the following figures. It shows:
  • FIG. 1a a perspective view of an embodiment of the Coriolis flowmeter according to the invention, in which the measuring tube module is arranged next to the carrier module and its receptacle;
  • Fig. 1c a perspective view of an embodiment of the Coriolis flowmeter according to the invention, in which the measuring tube module is fixed in the receptacle with a fastening device;
  • Fig. 2 a detailed view of a longitudinal section through an embodiment of the Coriolis flowmeter according to the invention.
  • 3a-c three embodiments of the modular Coriolis flowmeter according to the invention.
  • Fig. 4 a process chain for an embodiment of the method according to the invention for contactless determination of condensation formation
  • Fig. 5 a graph in which the determined temperature of a flowing medium is plotted as a function of time via the contactless temperature sensor and two reference sensors.
  • FIGS. 1a to 1c show the step-by-step assembly of the measuring tube module 4 in the receptacle 11 of the carrier module 10.
  • Fig. 1a shows a perspective view of an embodiment of the Coriolis flowmeter 1 according to the invention, in which the measuring tube module 4 is arranged next to the carrier module 10 and its receptacle 11.
  • the modular Coriolis flowmeter 1 for determining a process variable of a flowable medium includes a measuring tube module 4 and a carrier module 10.
  • the measuring tube module 4 includes at least one measuring tube 3 for guiding the flowable medium.
  • the measuring tube 3 is preferably made of metal. However, it can additionally or alternatively include a plastic, a ceramic and/or a glass.
  • the measuring tube module 4 comprises exactly two measuring tubes 3a, 3b.
  • a primary exciter component 23 is arranged on the outer lateral surfaces of the measuring tubes 3a, 3b.
  • the primary exciter component 23 includes at least one permanent magnet.
  • two primary sensor components 24a, 24b are attached to the outer lateral surfaces of the measuring tubes 3a, 3b.
  • the primary sensor component 24a, 24b also includes at least one permanent magnet.
  • the respective inlet sections and the outlet sections of the two measuring tubes are connected to one another via a plate-shaped connecting body 7. This is used to fasten a distributor piece (not shown) with the measuring tubes 3a, 3b and has the contact surface for the fastening device 48.
  • the receptacle 11 is delimited by the carrier module wall 31 and, according to the embodiment shown, is essentially an opening into which or a free volume in the carrier module 10 into which the measuring tube module 4 can be arranged so that it can oscillate.
  • the carrier module wall 31 is preferably made of metal.
  • the measuring tube module 4 can be arranged laterally, perpendicular to its own longitudinal axis (not shown) or frontally in the direction of its own longitudinal axis in the receptacle 11.
  • the electronic components 40 can be connections, cables, circuit boards, amplifiers, electronic Circuits with resistors, capacitors, diodes, transistors and coils, digital and/or analog circuits, and/or a programmable microprocessor, ie a processor designed as an integrated circuit.
  • the electronic components 40 also include the operating circuit, control circuit, measuring circuit, evaluation circuit and/or display circuit.
  • FIG. 1c shows a Coriolis flow measuring device 1, in which the measuring tube module 4 is fixed in the receptacle 11 with a fastening device 48 in such a way that it can be detached and replaced again by the operator.
  • the measuring tube module 4 is mechanically detachably connected or connectable to the carrier module 10. After the measuring tube module 4 is fixed and is thus properly arranged and set up, the secondary exciter component 13 and the secondary sensor component 14 are activated. In the arranged state of the measuring tube module 4, the secondary exciter component 13 and the primary exciter component 23, and correspondingly the secondary sensor component 14 and the primary sensor component 24a, 24b, have a magnetic effect.
  • the secondary exciter component 13 is set up to cause the at least one measuring tube 3 to vibrate.
  • exactly two secondary exciter components 13 and four secondary sensor components 14 are provided.
  • exactly one secondary exciter component 13 and exactly two secondary sensor components 14 can be sufficient for two measuring tubes 3a, 3b if they are arranged in the carrier module 10 in such a way that they are between the two measuring tubes 3a, 3b, and thus also between the primary exciter components 23 and primary sensor components 24a, 24b are in the arranged state.
  • the secondary exciter component 13 and the secondary sensor component 14 are arranged in/on the carrier module 10. They can, for example, be arranged in such a way that they are separated from the receptacle 11 by the carrier module wall 31.
  • the carrier module wall 31 can have excitation openings corresponding to the number of secondary excitation components 13, in which the secondary excitation components 13 are arranged.
  • the carrier module wall 31 can have sensor openings corresponding to the number of secondary sensor components 14, in which the secondary sensor components 14 are arranged.
  • Fig. 2 shows a detailed view of a longitudinal section through an embodiment of the Coriolis flowmeter 1 according to the invention.
  • the carrier module wall 31 separates the receptacle 11 from the chamber 30.
  • Electronic components 40 are arranged in the chamber 30, which are connected to the secondary exciter component and/or the secondary sensor component (not shown) are electrically connected.
  • a measuring tube 3a of a measuring tube module is arranged in the receptacle 11.
  • the carrier module wall 31 has a through opening 32 which connects the receptacle 11 to the chamber 30.
  • a protective glass 33 is arranged in this opening 32.
  • a contactless temperature sensor 12 is arranged in the chamber 30 for determining a temperature of the measuring tube 3a or in the measuring tube 3a guided medium.
  • the temperature sensor 12 is oriented in such a way that when the measuring tube module or the measuring tube 3a is arranged in the carrier module 10, in particular in the receptacle 11, it is directed towards a measuring tube surface 34 of the at least one measuring tube 3, in particular the measuring tube 3a, and one from the measuring tube surface 34 of the at least one measuring tube 3 receives the light beam emitted through the opening 32.
  • the temperature sensor 12 has a, in particular anodized, aperture 37 for blocking out interference radiation, a lens and an SMD IR sensor.
  • the aperture 37 is preferably designed as a black radiator (eg made of anodized aluminum) so that it does not throw any radiation onto the SMD IR sensor.
  • the temperature sensor 12 is arranged on a circuit board in the embodiment shown.
  • the aperture 37 has a minimum distance from the measuring tube surface 34 of 1 mm, in particular 2 mm and preferably 4 mm.
  • the aperture 37 has a maximum distance d Biende max from the measuring tube surface 34 of 18 mm, in particular of 12 mm and preferably of 9 mm.
  • the protective glass 33 has, at least in sections, zinc sulfide and/or chalcogenides.
  • the protective glass is shaped, designed and arranged in the opening in such a way that cleaning agent does not penetrate into the chamber 40 when cleaning the carrier module 10.
  • the protective glass 33 has a first diameter d ⁇ in a first section and a second diameter d 2 in a second section.
  • the first diameter d 1 is larger than the second diameter d 2 and the first diameter d ⁇ is larger than a smallest diameter d oef of the opening 32.
  • cGMP Good Manufacturing Practice
  • the carrier module 10 has a fastening device 36 for fixing the protective glass 33 in the opening 32.
  • the fastening device is arranged in the chamber 30 and designed or set up to press the protective glass 33 from the interior of the chamber 30 towards the receptacle 11.
  • the protective glass 33 in particular the first section of the protective glass 33, is pressed against the sealant 35.
  • the fastening device 36 comprises an annular disk which is connected to the carrier module wall 31 via screws.
  • the aperture 37 extends through a central opening in the annular disk.
  • the annular disk is in contact and acts with a sealing ring which is arranged on a surface of the protective glass 33 facing the interior of the chamber 30.
  • the ring disk can be in direct contact with the protective glass 33.
  • the ring disk has a collar which faces the protective glass 33 and which extends around the central opening of the ring disk.
  • the ring disk is designed to be rotationally symmetrical.
  • the temperature sensor 12 which can be designed as an infrared sensor.
  • the infrared sensor is set up to detect infrared light and, depending on this, to determine a temperature of the measuring tube 3a or a measurement variable that correlates with the temperature of the measuring tube 3a.
  • the temperature of the measuring tube 3a can be determined via the evaluation circuit.
  • the temperature sensor 12 is suitable for measuring the temperature of the measuring tube 3a without contact, that is, without being in direct contact mechanical contact with the measuring tube 3a is to be determined. This is also arranged in the chamber 30 and separated from the measuring tube 3a by a protective glass 33.
  • the temperature sensor 12 is oriented in such a way that when the measuring tube module is arranged in the carrier module, in particular in the receptacle 11, the temperature sensor 12 is directed at a measuring tube surface 34 of the at least one measuring tube 3 and one away from the measuring tube surface 34 of the measuring tube 3 receives the light beam emitted through the opening 32.
  • the receptacle 11 and the measuring tube module 4 are designed in such a way that the receptacle 11 or the internal volume in which the at least one measuring tube is located is essentially sealed in a light-tight manner when the measuring tube module 4 is arranged.
  • the at least one measuring tube 3 or the measuring tube 3a shown has a temperature measuring point 38 in the form of a matting.
  • the surface structuring of the temperature measuring point 38 differs from the structuring present on the rest of the measuring tube surface.
  • the temperature sensor 12 is oriented such that it is directed towards the temperature measuring point 38.
  • the temperature measuring point 37 can be structured using a laser process and/or a surface treatment through the action of blasting media, in particular sand.
  • the temperature measuring point 37 can be formed by a film applied to the at least one measuring tube or the measuring tube 3a, which can also have structuring.
  • the temperature sensor is directed towards the measuring tube, which oscillates during operation.
  • the temperature sensor can also be aligned so that it is directed at one of the mechanical couplers, at a non-oscillating section of the measuring tube, the connecting body 7 or the connecting body or the distributor piece of the measuring tube module.
  • 3a to 3c show several different configurations of the measuring tube module 4, in which the temperature sensor 12 is directed at different surfaces of the measuring tube module 4 or the medium temperature determined based on different radiating surfaces of the measuring tube module 4.
  • the contactless temperature sensor 12 is oriented in such a way that it is directed towards the surface of the primary exciter component 23 - in this case the primary exciter component 23 is a permanent magnet which is attached to the measuring tube 3a - and receives a light beam emitted from the surface (see arrow).
  • the contactless temperature sensor 12 is oriented in such a way that it is directed towards the surface of the primary sensor component 24a - in this case the primary sensor component 24a is a permanent magnet which is attached to the measuring tube 3a - and receives a light beam emitted from the surface (see arrow).
  • the contactless temperature sensor 12 is oriented in such a way that it is directed towards a surface of a component 41 attached to the measuring tube 3a - in this case the attached component 41 is a black plastic component - and one away from the surface emitted light beam (see arrow).
  • the component 41 is designed so that a measurement signal resulting from the light emitted by the component 41 and received by the temperature sensor 12 is larger than a measurement signal that would result if the temperature sensor 12 were directed at a measuring tube surface of the measuring tube 3a.
  • the component 41 for example, has a cross-sectional area that is larger than a partial section area of the measuring tube 3a, which would contribute to the measurement signal at the temperature sensor 12.
  • Fig. 4 shows a process chain for an embodiment of the method according to the invention for contactless determination of condensation formation.
  • a light beam emitted from the measuring tube surface of the measuring tube is received by means of the temperature sensor.
  • the light beam can be generated by a light beam generating device, directed from this onto the measuring tube surface and reflected there.
  • an output signal that correlates with the temperature of the measuring tube is output from the temperature sensor to an evaluation circuit of, for example, a modular Coriolis flowmeter.
  • a condensate on the measuring tube surface is identified using the output signal or an evaluation signal created based on the output signal.
  • a condensate is present when the output signal and/or a temporal change in the output signal lies outside a predetermined tolerance range or when the output signal and/or a temporal change in the output signal exceeds a predetermined tolerance limit. Identification is carried out using the evaluation circuit.
  • step (IV) a warning is issued that condensate has formed on the measuring tube.
  • a dissolution of the condensate on the measuring tube is identified when the output signal that was previously outside the tolerance range is again within the tolerance range
  • Fig. 5 shows a graph of a series of tests in which the determined temperature of a flowing medium is plotted as a function of time via the contactless temperature sensor (A) and two reference temperature sensors (B, C). Only one or exactly one optical temperature sensor (A) is provided for the method according to the invention and the modular Coriolis flowmeter.
  • the reference temperature sensors (B, C) are part of the test series, but not of the method according to the invention.
  • the measuring tube module according to the invention was arranged in a measuring chamber and a flowable medium was passed through a measuring tube of the measuring tube module.
  • the characteristic curve (A) describes the course of the temperature TempJR using the contactless temperature sensor - in this case an infrared sensor.
  • the characteristic curve (B) was recorded with a first reference temperature sensor that is in contact with the medium flowing through the measuring tube and measures the medium temperature Temp_Medium.
  • the characteristic curve (C) was created with an in effect with the Ambient temperature Temp_Ambient of the measuring chamber standing and determining this second reference temperature sensor recorded.
  • the temperature determined via the contactless temperature sensor corresponds well with the actual temperature of the medium. The slight deviation can be explained by the fact that the temperature of the medium is not determined directly but only the temperature of the measuring tube or the measuring tube surface.
  • the curves of the characteristic curves A and B overlap sufficiently well even when the medium temperature changes gradually.
  • the ambient temperature Temp_Ambient is also increased, a further reduction in the medium temperature and thus also the measuring tube temperature will result in condensation forming on the measuring point to be monitored. This happens in the course shown at a medium temperature of approx. 17 °C.
  • the contactless temperature sensor transmits incorrect measurement data in output signals that lie outside the specified measuring range of the contactless temperature sensor and therefore also outside the specified tolerance range.
  • the condensate on the temperature measuring point causes reflections of the light beam and only part of the light beam emitted from the measuring tube surface reaches the contactless temperature sensor.
  • the condensate dissolves and the temperature signal determined from the output signal again corresponds to the actual medium temperature.
  • Carrier module body 22 secondary exciter component 13 secondary sensor component 14 primary exciter component 23 primary sensor component 24a, 24b

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontaktlosen Ermitteln einer Kondensatbildung auf einer Messrohroberfläche (34) eines, insbesondere metallischen, Messrohres (3) mittels eines optischen Temperatursensors (12) 5 zum kontaktlosen Detektieren einer Temperatur des Messrohres (3) und ein modulares Coriolis-Durchflussmessgerät (1).

Description

Verfahren zum kontaktlosen Ermitteln einer Kondensatbildung
Die Erfindung betrifft Verfahren zum kontaktlosen Ermitteln einer Kondensatbildung auf einer Messrohroberfläche eines, insbesondere metallischen, Messrohres mittels eines optischen Temperatursensors zum kontaktlosen Detektieren einer Temperatur des Messrohres und ein modulares Coriolis- Durchflussmessgerät zum Bestimmen einer Prozessgröße eines fließfähigen Mediums.
Feldgeräte der Prozessmesstechnik mit einem Messaufnehmer des Vibrationstypen und besonders Coriolis-Durchflussmessgeräte sind seit vielen Jahren bekannt. Der grundsätzliche Aufbau eines solchen Messgerätes wird beispielsweise in der EP 1 807 681 A1 beschrieben, wobei auf den Aufbau eines gattungsgemäßen Feldgeräts im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf diese Druckschrift vollumfänglich Bezug genommen wird.
Typischerweise weisen Coriolis-Durchflussmessgeräte zumindest ein oder mehrere schwingfähige Messrohre auf, welche mittels eines Schwingungserregers in Schwingung versetzt werden können. Diese Schwingungen übertragen sich über die Rohrlänge und werden durch die Art des im Messrohr befindlichen fließfähigen Mediums und dessen Durchflussgeschwindigkeit beeinflusst. Ein Schwingungssensor oder insbesondere zwei voneinander beabstandete Schwingungssensoren können an einer anderen Stelle des Messrohres die variierten Schwingungen in Form eines Messsignals oder mehrerer Messsignale aufnehmen. Aus dem oder den Messsignalen kann eine Auswerteeinheit sodann den Massedurchfluss, die Viskosität und/oder die Dichte des Mediums ermitteln.
Die Messrohre sind üblicherweise über ein Verteilerstück mit dem Gehäuse verbunden. Dabei sind die drei genannten Komponenten miteinander verschweißt. Es sind jedoch auch Coriolis-Durchflussmessgeräte mit austauschbaren Einweg-Messrohranordnungen bekannt, die auf einer modularen Bauweise basieren. So wird beispielsweise in der WO 2011/099989 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer monolithisch ausgebildeten Messrohranordnung eines Coriolis-Durchflussmessgerätes mit gebogenen Messrohren gelehrt, wobei der Messrohrkörper der jeweiligen Messrohre zuerst massiv aus einem Polymer gebildet und der Kanal zum Führen des fließfähigen Mediums anschließend spannend eingearbeitet wird. Die WO 2011/099989 A1 lehrt - ebenso wie die US 10,209,113 B2 - einen Verbindungskörper, welcher dazu eingerichtet ist, eine auswechselbare Messrohrmodul, umfassend dünnwandige Kunststoffrohre, aufzunehmen und zu stützen. Die Befestigung der Messrohrmodul in einer mit den notwendigen Erregern und Sensoren ausgestatteten Trägervorrichtung erfolgt über den Verbindungskörper.
Aus dem Stand der Technik sind Coriolis-Durchflussmessgeräte bekannt, bei denen der Temperatursensor durch z.B. eine Lötverbindung am Messrohr befestigt ist. Eine derartige Lösung ist jedoch für Einweganwendungen äußerst nachteilig, da in dem Fall eine elektrische Kontaktierung des Temperatursensors mit einer Messschaltung beim Anordnen des Messrohrmoduls in der Aufnahme sichergestellt werden muss. Zudem würde dies dazu führen, dass der Temperatursensor nach jedem Gebrauch des Messrohrmoduls mit entsorgt wird. Optische Temperatursensoren sind grundsätzlich bekannt. In der US 2017/0102257 A1 wird der Einsatz eines optischen Temperatursensors in einem herkömmlichen Coriolis-Durchflussmessgerät offenbart. Der Temperatursensor ist in dem Gehäuseinneren angeordnet und dem Messrohr zugewandt. Eine derartige Lösung ist jedoch für Einweganwendungen, bei denen das Messrohrmodul ständig ausgewechselt wird nicht geeignet, da es beim Einführen des Messrohrmoduls in die Messrohrmodulaufnahme zu einem Zusammenstoß mit dem optischen Temperatursensor und somit zur Beschädigung beider Komponenten kommen kann. Weiterhin ist die offenbarte Lösung nicht reinigbar und somit für die meisten biopharmazeutischen Anwendungen nicht geeignet.
Anders als bei herkömmlichen Coriolis-Durchflussmessgeräten sind bei modularen Coriolis-Durchflussmessgeräten die Messrohrmodule nicht hermetisch dicht in einem Gehäuse angeordnet. Dies ist durch die Austauschbarkeit der Messrohre bedingt. Durch das Auswechseln der Messrohrmodule und das Reinigen des Trägermoduls kann jedoch Luftfeuchtigkeit in die für die Messrohre vorgesehene Aufnahme gelangen, welche an den Messrohren des Messrohrmoduls kondensieren kann. Es ist aus der WO 2004/005089 A1 bekannt, dass man zusätzlich zu Temperatursensoren Taupunkt-Sensoren einsetzt, welche in Kontakt mit der im Messraum vorliegenden Feuchtigkeit steht. Der zusätzliche Einsatz eines Taupunkt-Sensors in der Aufnahme des modularen Coriolis-Durchflussmessgerätes wäre jedoch äußerst nachteilig, da somit eine Reinigbarkeit des Trägermoduls nicht gewährleistet ist und auch keine garantierten Rückschlüsse über das tatsächliche Tauverhalten der Feuchtigkeit an dem Messrohr gezogen werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde dem Problem Abhilfe zu schaffen und das Verfahren zur Ermittlung der Kondensatbildung zu vereinfachen.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1 und das modulare Coriolis-Durchflussmessgerät nach Anspruch 4.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum kontaktlosen Ermitteln einer Kondensatbildung auf einer Messrohroberfläche eines, insbesondere metallischen, Messrohres mittels eines optischen Temperatursensors zum kontaktlosen Detektieren einer Temperatur des Messrohres, umfassend die Verfahrensschritte:
- Empfangen eines von der Messrohroberfläche des Messrohres emittierten Lichtstrahles mittels des Temperatursensors,
- Ausgeben eines mit der Temperatur des Messrohres korrelierenden Ausgangssignales an eine Auswerteschaltung,
- Identifizieren eines Kondensates auf der Messrohroberfläche, wenn das Ausgangssignal und/oder eine zeitliche Änderung des Ausgangssignales außerhalb eines Toleranzbereiches liegt mittels der Auswerteschaltung,
- Optional: Ausgeben eines Warnhinweises, dass sich Kondensat auf dem Messrohr gebildet hat.
Unter dem kontaktlosen Ermitteln ist im Kontext der Patentanmeldung eine Bestimmung der Kondensatbildung auf einer Messrohroberfläche zu verstehen, bei welcher der Temperatursensor oder Komponenten des Temperatursensors nicht in mechanischen Kontakt mit der Messrohroberfläche und dem Kondensat kommt.
Der Temperatursensor umfasst einen Sensor, welcher dazu geeignet ist den Lichtstrahl zu detektieren und eine Lichtstrahlintensität zu bestimmen. Bei dem optischen Temperatursensor kann es sich beispielsweise um einen Infrarot- Temperatursensor handeln. Dafür kann der Temperatursensor beispielsweise eine Photodiode aufweisen. Alternativ kann der Temperatursensor auf eine Lichtstrahlerzeugungsvorrichtung aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, einen auf die Oberfläche, insbesondere die Messrohroberfläche des Messrohres gerichteten Lichtstrahl zu erzeugen. Der optische Temperatursensor ist dann dazu eingerichtet, den an der Oberfläche, insbesondere die Messrohroberfläche reflektierten Lichtstrahl zu detektieren.
Das Ausgangssignal umfasst im Wesentlichen die Temperatur des Messrohres bzw. eins mit der Temperatur des Messrohres korrelierenden Strom- signales.
Eine kontaktlose Ermittlung einer Kondensatbildung ist besonders vorteilhaft bei schwingenden Messrohren. Eine vorteilhafte Anwendung findet man in einem herkömmlichen Coriolis-Durchflussmessgerät und/oder einem modularen Coriolis-Durchflussmessgerät zum Einsatz in Einweg- Anwendungen für biopharmazeutische Prozesse. In dem Fall der Temperatursensor derart relativ zu der zu überwachenden Messrohroberfläche orientiert, dass sich die Temperaturmessstelle auf dem in Betrieb schwingenden Messrohr befindet.
Es sind auch Coriolis-Durchflussmessgeräte bekannt, bei denen das Messrohr im Betrieb einen Messrohrteilabschnitt aufweist, welcher nicht schwingt.
Alternativ kann der Temperatursensor entsprechend so angeordnet sein, dass sich die Temperaturmessstelle auf dem in Betrieb nicht schwingenden Messrohrteilabschnitt befindet.
Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Ausgestaltung umfasst den Verfahrensschritt:
- Identifizieren einer Auflösung des Kondensates, wenn das zuvor außerhalb des Toleranzbereiches befindliche Ausgangssignal wieder innerhalb des Toleranzbereiches liegt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Toleranzbereich eine erste Toleranzgrenze aufweist, wobei der Temperatursensor einen Messbereich aufweist, wobei die Toleranzgrenze außerhalb des Messbereiches liegt.
Temperatursensoren weisen einen vom Hersteller vorgegebenen Messbereich auf, der einen Temperaturbereich angibt in dem der Temperatursensor innerhalb seiner Spezifkationen misst. Liegen Messwerte des Ausgangs- signales und/oder der zeitlichen Änderung des Ausgangssignales außerhalb des Toleranzbereiches und somit auch außerhalb des Messbereiches, so wird auf die Bildung eines Kondensates zurückgeschlossen.
Das erfindungsgemäße Modulares Coriolis-Durchflussmessgerät zum Bestimmen einer Prozessgröße eines fließfähigen Mediums, umfassend:
- ein Messrohrmodul, wobei das Messrohrmodul mindestens ein Messrohr zum Führen des Mediums umfasst, wobei das Messrohrmodul eine primäre Erregerkomponente aufweist, wobei das Messrohrmodul eine primäre Sensorkomponente aufweist;
- ein Trägermodul, wobei das Trägermodul eine Aufnahme aufweist, in dem das Messrohrmodul lösbar anordenbar ist, wobei das Trägermodul eine zur primären Erregerkomponente komplementären sekundären Erregerkomponente, wobei das Trägermodul eine zur primären Sensorkomponente komplementären sekundären Sensorkomponente aufweist,
- einen kontaktlosen Temperatursensor, wobei der kontaktlose Temperatursensor derart im/am Trägermodul angeordnet ist, dass wenn das Messrohrmodul im Trägermodul angeordnet ist, der kontaktlose Temperatursensor auf eine Messrohroberfläche des Messrohres gerichtet ist und einen von der Messrohroberfläche des Messrohres emittierten Lichtstrahl empfängt, wobei das modulare Coriolis-Durchflussmessgerät dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Ein Kondensat auf dem Messrohr führt zu einer asymmetrischen Masseverteilung des Messrohres und somit zu Fehlern bei der Massedurchflussbestimmung.
Durch die Verwendung eines kontaktlosen Temperatursensors, die Anordnung des Temperatursensors in der Elektronikkammer und die Trennung der Elektronikkammer und die Aufnahme über eine Öffnung mit Schutzglas ergibt sich eine Lösung für Temperaturmessungen, die für Einweganwendungen geeignet ist und Schäden beim Montieren der Messrohrmodule vermeidet.
Es wird ein Taupunkt-Sensor eingesetzt. Der Temperatursensor ist von der Luftfeuchtigkeit in der Aufnahme getrennt angeordnet und kommt mit dieser selbst nicht in Kontakt.
Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das modulare Coriolis-Durchflussmessgerät Elektronikkomponenten auf - wie z.B. einen Prozessor, logische Elektronikbauteile, etc. - die dazu geeignet sind die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens selbst und/oder in Verbindung mit dem Temperatursensor auszuführen.
Das Ausrichten des Temperatursensors auf die Oberfläche, insbesondere auf die Messrohroberfläche des metallischen Messrohres kann auch mit bzw. über einem oder mehrerer Spiegel und/oder Prismalinsen erfolgen.
Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Temperatursensor als Infrarot- Sensor augebildet ist und der Lichtstrahl infrarotes Licht umfasst. Durch den Einsatz eines Infrarot-Sensors bleibt die Temperatur des zu führenden Mediums unbeeinflusst und kontaktlose Temperaturmessungen auf kurzer Distanz und in einem lichtdichten Raum sind möglich.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das mindestens eine Messrohr in einem Messrohrabschnitt gebogen ausgebildet ist, wobei die Messrohroberfläche in dem Messrohrabschnitt liegt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Trägermodul eine Kammer zum Unterbringen des Temperatursensors aufweist, wobei die Kammer durch eine Trägermodulwandung von der Aufnahme getrennt ist, wobei der Temperatursensor in der Kammer angeordnet ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Temperatursensor in der Kammer gegenüber der Luft in der Aufnahme abgedichtet ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass in der Trägermodulwandung eine Öffnung angeordnet ist, wobei in der Öffnung ein Schutzglas angeordnet ist, wobei der Temperatursensor derart in der Kammer und das Messrohr in der Aufnahme derart angeordnet sind, dass der Lichtstrahl durch die Öffnung, insbesondere durch das für den Lichtstrahl zumindest teilweise transparente Schutzglas hindurch zum Temperatursensor gelangt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Schutzglas zumindest abschnittsweise Zinksulfid aufweist bzw. aus Zinksulfid gebildet sind.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Schutzglas zumindest abschnittsweise Chalkogenide aufweist bzw. aus Chalkogenide gebildet sind.
Die beiden genannten Materialien für das Schutzglas sind besonders für den Einsatz von Infrarot-Sensoren geeignet, da diese besonders transparent für Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 8 und 12 pm sind. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1a: eine perspektivische Ansicht auf eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Coriolis-Durchflussmessgerätes, bei dem das Messrohrmodul neben dem Trägermodul und dessen Aufnahme angeordnet ist;
Fig. 1 b: eine perspektivische Ansicht auf eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Coriolis-Durchflussmessgerätes, bei dem das Messrohrmodul in der Aufnahme angeordnet ist;
Fig. 1c: eine perspektivische Ansicht auf eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Coriolis-Durchflussmessgerätes, bei dem das Messrohrmodul mit einer Befestigungsvorrichtung in der Aufnahme fixiert ist; und
Fig. 2: eine Detailansicht auf einen Längsschnitt durch eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Coriolis-Durchflussmessgerätes.
Fig. 3a-c: drei Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen modularen Coriolis- Durchflussmessgerätes;
Fig. 4: eine Verfahrenskette für eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum kontaktlosen Ermitteln einer Kondensatbildung; und
Fig. 5: eine Graphik in der die ermittelte Temperatur eines fließenden Mediums über den kontaktlosen Temperatursensor und zweier Referenzsensoren in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen ist.
Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung wird in den Fig. 1a bis 1 c gezeigt. Diese zeigen das schrittweise Montieren des Messrohrmoduls 4 in der Aufnahme 11 des Trägermoduls 10. Fig. 1a zeigt eine perspektivische Ansicht auf eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Coriolis-Durchflussmessgerätes 1 , bei dem das Messrohrmodul 4 neben dem Trägermodul 10 und dessen Aufnahme 11 angeordnet ist. Das modulare Coriolis-Durchflussmess- gerät 1 zum Bestimmen einer Prozessgröße eines fließfähigen Mediums umfasst ein Messrohrmodul 4, und ein Trägermodul 10. Das Messrohrmodul 4 umfasst mindestens ein Messrohr 3 zum Führen des fließfähigen Mediums. Das Messrohr 3 ist vorzugsweise metallisch ausgebildet. Es kann jedoch zusätzlich oder alternativ einen Kunststoff, eine Keramik und/oder ein Glas umfassen. In der abgebildeten Ausgestaltung umfasst das Messrohrmodul 4 genau zwei Messrohre 3a, 3b. An den äußeren Mantelflächen der Messrohre 3a, 3b sind jeweils eine primäre Erregerkomponente 23 angeordnet. Die primäre Erregerkomponente 23 umfasst mindestens einen Permanentmagneten. Weiterhin sind an den äußeren Mantelflächen der Messrohre 3a, 3b jeweils zwei primäre Sensorkomponenten 24a, 24b angebracht. Die primäre Sensorkomponente 24a, 24b umfasst ebenfalls mindestens einen Permanentmagneten. Die jeweiligen Einlaufabschnitte und die Auslaufabschnitte der beiden Messrohre sind miteinander über einen plattenförmig ausgebildeten Verbindungskörper 7 verbunden. Dieser dient zum Befestigen eines Verteilerstückes (nicht abgebildet) mit den Messrohren 3a, 3b und weist die Anpressfläche für die Befestigungsvorrichtung 48 auf. Alternativ kann das Verteilerstück auch ohne Verbindungskörper 7 mit den Messrohren 3a, 3b verbunden sein. In dem Fall erfolgt eine Befestigung des Messrohrmoduls 4 mit der Befestigungsvorrichtung 48 über das Verteilerstück. Gemäß der abgebildeten Ausgestaltung erfolgt die mechanische Verbindung des Trägermoduls 10 mit den Messrohren 3a, 3b über den Verbindungskörper 7. Der Verbindungskörper 7 liegt im finalen Montagezustand auf einer in den Trägermodulkörper 22 eingelassenen Auflagefläche 26 auf. Weiterhin sind mechanische Koppler 6 vorgesehen, welche die Einlaufabschnitte oder die Auslaufabschnitte der Messrohre 3a, 3b untereinander verbinden. Das Trägermodul 10 umfasst eine Aufnahme 11 , in welche das Messrohrmodul 4 mit einer lösbaren Verbindung anordenbar ist. Die Aufnahme 11 wird durch die Trägermodulwandung 31 begrenzt und ist gemäß der abgebildeten Ausgestaltung im Wesentlichen eine Öffnung in welche bzw. ein freies Volumen im Trägermodul 10 in welches das Messrohrmodul 4 schwingfähig anordenbar ist. Die Trägermodulwandung 31 ist vorzugsweise metallisch ausgebildet. Das Messrohrmodul 4 kann seitlich, senkrecht zur eigenen Längsachse (nicht abgebildet) oder frontal in Richtung der eigenen Längsachse in die Aufnahme 11 angeordnet werden. Von der Aufnahme 11 durch die Trägermodulwandung 31 getrennt ist eine Kammer 30, in welchem Elektronikkomponenten 40 zum Betreiben des modularen Coriolis-Durchflussmessgerätes 1 und zum Bestimmen der Prozessgröße angeordnet sind. Die Elektronikkomponenten 40 können Anschlüsse, Kabel, Leiterplatten, Verstärker, elektronische Schaltkreise mit Widerständen, Kondensatoren, Dioden, Transistoren und Spulen, digitale und/oder analoge Schaltungen, und/oder einen programmierbaren Mikroprozessor, d.h. einen als integrierter Schaltkreis ausgeführter Prozessor umfassen. Die Elektronikkomponenten 40 umfassen ebenfalls die Betriebsschaltung, Regelschaltung, Messschaltung, Auswerteschaltung und/oder Anzeigeschaltung.
Fig. 1 b zeigt ein in der Aufnahme 11 angeordnetes Messrohrmodul 4. Der Verbindungskörper 7 liegt dabei auf der Auflagefläche 26 auf. Die Messrohre 3a, 3b ragen schwingfähig in die Aufnahme 11 hinein, ohne dabei die Trägermodulwandung 31 zu berühren. Der Verbindungskörper 7 dient dazu, eine Verbindung mit einem Anschlusskörper (nicht abgebildet), insbesondere einem Verteilerstück zu formen, mit welchem das Messrohrmodul 4 mit einer Prozessleitung verbindbar ist. Das abgebildete Messrohrmodul 4 ist nicht fixiert.
Fig. 1c zeigt ein Coriolis-Durchflussmessgerätes 1 , bei dem das Messrohrmodul 4 mit einer Befestigungsvorrichtung 48 in der Aufnahme 11 so fixiert ist, dass es wieder durch den Bediener lösbar und austauschbar ist. Das Messrohrmodul 4 ist mechanisch lösbar mit der Trägermodul 10 verbunden bzw. verbindbar. Nachdem das Messrohrmodul 4 fixiert ist und somit ordnungsgemäß angeordnet und eingerichtet ist, wird die sekundäre Erregerkomponente 13 und die sekundäre Sensorkomponente 14 aktiviert. Im angeordneten Zustand des Messrohrmoduls 4 stehen die sekundäre Erregerkomponente 13 und die primäre Erregerkomponente 23, und entsprechend die sekundäre Sensorkomponente 14 und die primäre Sensorkomponente 24a, 24b in magnetischer Wirkung. Die sekundäre Erregerkomponente 13 ist dazu eingerichtet, das mindestens eine Messrohr 3 in Schwingungen zu versetzen. Dafür umfasst die sekundäre Erregerkomponente 13 üblicherweise eine magnetische Spule, welche über eine Betriebsschaltung betrieben wird. Die Betriebsschaltung kann Teil der Elektronikkomponenten 40 sein. Die Spule erzeugt - entsprechend dem Betriebssignal mit dem es betrieben wird - ein zeitlich veränderliches Magnetfeld. Dieses bewirkt eine Kraft auf die primäre Erregerkomponente 23, welche das mindestens eine Messrohr 3 zum Schwingen bringt. Das Schwingverhalten des mindestens einen Messrohres 3 wird über die sekundäre Sensorkomponente 14 gemessen. Das örtlich an der sekundäre Sensorkomponente 14 vorliegende zeitlich veränderliche Magnetfeld der primären Sensorkomponente 24a, 24b - welches sich durch das Schwingen des mindestens einen Messrohres 3 ergibt - erzeugt in der Sensorkomponente 14, welche vorzugsweise ebenfalls eine magnetische Spule umfasst, ein elektrisches Messsignal, welches in die Bestimmung der Prozessgröße eingeht. Gemäß der abgebildeten Ausgestaltung sind genau zwei sekundäre Erregerkomponenten 13 und vier sekundäre Sensorkomponenten 14 vorgesehen. Alternativ können auch genau eine sekundäre Erregerkomponente 13 und genau zwei sekundäre Sensorkomponente 14 für zwei Messrohre 3a, 3b genügen, wenn diese derart im Trägermodul 10 angeordnet sind, dass sie sich zwischen den beiden Messrohren 3a, 3b, und somit auch zwischen den primären Erregerkomponenten 23 und primären Sensorkomponenten 24a, 24b im angeordneten Zustand befinden. Die sekundäre Erregerkomponente 13 und die sekundäre Sensorkomponente 14 sind im/am Trägermodul 10 angeordnet. Sie können beispielsweise so angeordnet sein, dass sie durch die Trägermodulwandung 31 von der Aufnahme 11 getrennt sind. Alternativ kann die Trägermodulwandung 31 der Anzahl der sekundären Erregerkomponente 13 entsprechende Erregeröffnungen aufweisen, in denen die sekundäre Erregerkomponenten 13 angeordnet sind. Entsprechendes gilt auch für die sekundäre Sensorkomponente 14. Die Trägermodulwandung 31 kann der Anzahl der sekundären Sensorkomponenten 14 entsprechende Sensoröffnungen aufweisen, in denen die sekundären Sensorkomponenten 14 angeordnet sind.
Fig. 2 zeigt eine Detailansicht eines Längsschnittes durch eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Coriolis-Durchflussmessgerätes 1. Die Trägermodulwandung 31 trennt die Aufnahme 11 von der Kammer 30. In der Kammer 30 sind Elektronikkomponenten 40 angeordnet, welche mit der sekundären Erregerkomponente und/oder der sekundären Sensorkomponente (nicht abgebildet) elektrisch verbunden sind. In der Aufnahme 11 ist ein Messrohr 3a eines Messrohrmoduls angeordnet. Die Trägermodulwandung 31 weist eine durchgehende Öffnung 32 auf, welche die Aufnahme 11 mit der Kammer 30 verbindet. In dieser Öffnung 32 ist ein Schutzglas 33 angeordnet.
In der Kammer 30 ist ein kontaktloser Temperatursensor 12 angeordnet zum Bestimmen einer Temperatur des Messrohres 3a bzw. des im Messrohr 3a geführten Mediums. Der Temperatursensor 12 ist derart orientiert, dass wenn das Messrohrmodul bzw. das Messrohr 3a im Trägermodul 10, insbesondere in der Aufnahme 11 angeordnet ist, dieser auf eine Messrohroberfläche 34 des mindestens einen Messrohres 3, insbesondere des Messrohres 3a gerichtet ist und einen von der Messrohroberfläche 34 des mindestens einen Messrohres 3 emittierten Lichtstrahl durch die Öffnung 32 empfängt.
Der Temperatursensor 12 weist eine, insbesondere eloxierte, Blende 37 zum Ausblenden von Störstrahlung, eine Linse und einen SMD IR-Fühler auf. Die Blende 37 ist dabei möglichst als schwarzer Strahler ausgebildet (z.B. aus eloxiertem Aluminium), damit er selbst keine Strahlung auf den SMD IR-Fühler wirft. Der Temperatursensor 12 ist in der abgebildete Ausgestaltung auf einer Leiterplatte angeordnet. Die Blende 37 weist einen minimalen Abstand dßiende, min zur Messrohroberfläche 34 von 1 mm, insbesondere von 2 mm und bevorzugt von 4 mm auf. Zudem weist die Blende 37 einen maximalen Abstand dBiende max zur Messrohroberfläche 34 von 18 mm, insbesondere von 12 mm und bevorzugt von 9 mm auf.
Das Schutzglas 33 weist zumindest abschnittsweise Zinksulfid und/oder Chalkogenide auf. Das Schutzglas ist derart geformt, ausgebildet und in der Öffnung angeordet, dass Reinigungsmittel beim Reinigen des Trägermoduls 10 nicht in die Kammer 40 eindringt. Dafür weist das Schutzglas 33 in einem ersten Abschnitt einen ersten Durchmesser d± und in einem zweiten Abschnitt einen zweiten Durchmesser d2 auf. Dabei ist der erste Durchmesser d1 größer als der zweite Durchmesser d2 und der erste Durchmesser d± ist größer als ein kleinster Durchmesser doef der Öffnung 32. Das Schutzglas 33 weist in Längsrichtung eine maximale Erstreckung dL max von maximal 15 mm, insbesondere 10 mm und bevorzugt 7 mm und eine minimale Erstreckung dL min von mindestens 0,5 mm, insbesondere 1 mm und bevorzugt 3 mm auf. Die Aufnahme 11 und das Messrohrmodul 4 sind derart ausgelegt, dass ein Abstand dSchutz zwischen Messrohroberfläche 34 und Schutzglas 33 kleiner als 5 und größer als 0,5 mm, insbesondere kleiner als 3 und größer als 0,7 mm und bevorzugt kleiner als 2 und größer als 1 mm ist. Die Dimensionierungen sind so gewählt, dass möglichst wenig umliegende Strahlung durch die Öffnung in den Temperatursensor 12 eindringt und dass möglichst nur die vom Messrohr 3a emittierte Strahlung durch den Temperatursensor 12 aufgenommen wird.
Im zweiten Abschnitt des Schutzglases 33 ist ein Dichtmittel 35 zum Abdichten der Aufnahme 11 gegenüber der Aufnahme 11 - in dem abgebildeten Fall ein Dichtring - am Schutzglas 33, insbesondere derart angeordnet, dass es offen von der Aufnahme 11 aus sichtbar ist. Somit wird die Vorgabe zur Sicherstellung der Produktqualität von Arzneimitteln und Wirkstoffen nach der aktuellen „Gute Herstellungspraxis“ (current Good Manufacturing Practice, cGMP) und der 2022 gültigen IP56 erfüllt.
Das Trägermodul 10 weist eine Befestigungsvorrichtung 36 zum Fixieren des Schutzglases 33 in der Öffnung 32 auf. Die Befestigungsvorrichtung ist in der Kammer 30 angeordnet und derart ausgebildet bzw. dazu eingerichtet, das Schutzglas 33 vom Inneren der Kammer 30 aus in Richtung der Aufnahme 11 zu pressen. Dabei wird das Schutzglas 33, insbesondere der erste Abschnitt des Schutzglases 33 gegen das Dichtmittel 35 gepresst. Die Befestigungsvorrichtung 36 umfasst in der abgebildete Ausgestaltung eine Ringscheibe, welche über Schrauben mit der Trägermodulwandung 31 verbunden ist. Durch eine mittlere Öffnung der Ringscheibe erstreckt sich die Blende 37. Die Ringscheibe steht in Kontakt und Wirkung mit einem Dichtring, welcher an einer dem Innenraum der Kammer 30 zugewandten Fläche des Schutzglases 33 angeordnet ist. Alternativ kann die Ringscheibe in direktem Kontakt mit dem Schutzglas 33 stehen. Die Ringscheibe weist einen Kragen auf, welcher de Schutzglas 33 zugewandt ist und welcher sich um die mittlere Öffnung der Ringscheibe erstreckt. Die Ringscheibe ist in der abgebildeten Ausgestaltung rotationssymmetrisch ausgebildet.
Einzelne Komponenten der Elektronikkomponenten 40 sind ebenfalls mit dem Temperatursensor 12 - welcher als Infrarot-Sensor ausgebildet sein kann - elektrisch verbunden. Der Infrarot-Sensor ist dazu eingerichtet infrarotes Licht zu detektieren und in Abhängigkeit davon eine Temperatur des Messrohres 3a bzw. eine mit der Temperatur des Messrohres 3a korrelierende Messgröße zu ermitteln. Eine Ermittlung der Temperatur des Messrohres 3a kann über die Auswerteschaltung erfolgen. Der Temperatursensor 12 ist dazu geeignet, die Temperatur des Messrohres 3a kontaktlos, d.h. ohne, dass er in direkten mechanischen Kontakt mit dem Messrohr 3a steht, zu ermitteln. Dieser ist ebenfalls in der Kammer 30 angeordnet und durch ein Schutzglas 33 von dem Messrohr 3a getrennt. Um eine Temperatur des Messrohres 3a ermitteln zu können ist der Temperatursensor 12 derart orientiert, dass wenn das Messrohrmodul im Trägermodul, insbesondere in der Aufnahme 11 angeordnet ist, der Temperatursensor 12 auf eine Messrohroberfläche 34 des mindestens einen Messrohres 3 gerichtet ist und einen von der Messrohroberfläche 34 des Messrohres 3 emittierten Lichtstrahl durch die Öffnung 32 empfängt.
Die Aufnahme 11 und das Messrohrmodul 4 sind derart ausgelegt, dass die Aufnahme 11 bzw. das Innenvolumen in dem sich das mindestens eine Messrohr befindet bei Anordnung des Messrohrmoduls 4 im Wesentlichen lichtdicht abgeschlossen ist.
Das mindestens eine Messrohr 3 bzw. das abgebildete Messrohr 3a weist eine Temperaturmessstelle 38 in Form einer Mattierung auf. Die Oberflächenstrukturierung der Temperaturmessstelle 38 weicht von der auf der restlichen Messrohroberfläche vorliegenden Strukturierung ab. Der Temperatursensor 12 ist derart orientiert, dass er auf die Temperaturmessstelle 38 gerichtet ist. Die Temperaturmessstelle 37 kann mittels eines Laserverfahrens und/oder einer Oberflächenbehandlung durch Einwirken von Strahlmittel, insbesondere Sand, strukturiert sein. Alternativ kann die Temperaturmessstelle 37 durch eine auf dem mindestens einen Messrohr bzw. dem Messrohr 3a aufgebrachte Folie, welche ebenfalls eine Strukturierungen aufweisen kann, gebildet sein.
In der abgebildeten Ausgestaltung ist der Temperatursensor auf das im Betrieb schwingende Messrohr gerichtet. Alternativ kann der Temperatursensor auch so ausgericht sein, dass er auf einen der mechanischen Koppler, auf einen nicht schwingenden Teilabschnitt des Messrohres, den Verbindungskörper 7 oder den Anschlusskörper bzw. das Verteilerstück des Messrohrmoduls gerichtet ist.
Fig. 3a bis 3c zeigen mehrere unterschiedliche Ausgestaltungen des Messrohrmoduls 4, bei denen der Temperatursensor 12 auf unterschiedliche Oberflächen des Messrohrmoduls 4 gerichtet ist bzw. die Mediumstemperatur anhand unterschiedlicher abstrahlender Oberflächen des Messrohrmoduls 4 bestimmt. In der Ausgestaltung der Fig. 3a ist der kontaktlosen Temperatursensor 12 derart orientiert, dass er auf die Oberfläche der primären Erregerkomponente 23 - in dem Fall handelt es sich beim der primären Erregerkomponente 23 um einen Permanentmagneten, der am Messrohr 3a angebracht ist - gerichtet ist und einen von der Oberfläche emittierten Lichtstrahl (siehe Pfeil) empfängt.
In der Ausgestaltung der Fig. 3b ist der kontaktlosen Temperatursensor 12 derart orientiert, dass er auf die Oberfläche der primären Sensorkomponente 24a - in dem Fall handelt es sich beim der primären Sensorkomponente 24a um einen Permanentmagneten, der am Messrohr 3a angebracht ist - gerichtet ist und einen von der Oberfläche emittierten Lichtstrahl (siehe Pfeil) empfängt.
In der Ausgestaltung der Fig. 3c ist der kontaktlosen Temperatursensor 12 derart orientiert, dass er auf eine Oberfläche eines am Messrohr 3a angebrachten Bauteils 41 - in dem Fall handelt es sich beim angebrachten Bauteil 41 um ein schwarzes Kunststoffbauteil - gerichtet ist und einen von der Oberfläche emittierten Lichtstrahl (siehe Pfeil) empfängt. Das Bauteil 41 ist so ausgelegt, dass sich ein durch das von dem Bauteil 41 emittierte und durch den Temperatursensor 12 empfangene Licht ergebende Messsignal größer ist als ein Messsignal, das sich ergeben würde, wenn der Temperatursensor 12 auf eine Messrohroberfläche des Messrohres 3a gerichtet wäre. Dafür weist das Bauteil 41 beispielsweise einen Querschnittsfläche auf, die größer ist als eine Teilabschnittsfläche des Messrohres 3a, die zum Messsignal am Temperatursensor 12 beitragen würde.
Fig. 4 zeigt eine Verfahrenskette für eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum kontaktlosen Ermittlung einer Kondensatbildung.
In einem ersten Schritt (I) wird eines von der Messrohroberfläche des Messrohres emittierten Lichtstrahles mittels des Temperatursensors empfangen. Alternativ kann der Lichtstrahl durch eine Lichtstrahlerzeugungsvorrichtung erzeugt, von dieser auf die Messrohroberfläche gerichtet und dort reflektiert sein. In einem zweiten Schritt (II) wird eines mit der Temperatur des Messrohres korrelierenden Ausgangssignales von dem Temperatursensor an eine Auswerteschaltung des bspw. modularen Coriolis-Durchflussmessgerätes ausgegeben.
In einem dritten Schritt (III) wird anhand des Ausgangssignales oder anhand eines basierend auf dem Ausgangssignal erstellten Auswertesignals, ein Kondensat auf der Messrohroberfläche identfiziert. Ein Kondensat liegt dann vor, wenn das Ausgangssignal und/oder eine zeitliche Änderung des Ausgangssignales außerhalb eines vorher festgelegten Toleranzbereiches liegt bzw. wenn das Ausgangssignal und/oder eine zeitliche Änderung des Ausgangssignales eine vorgegebene Toleranzgrenze überschreitet. Die Identifizierung erfolgt mittels der Auswerteschaltung.
In einem optionalen vierten Schritt (IV) wird ein Warnhinweis ausgegeben, dass sich Kondensat auf dem Messrohr gebildet hat.
In einem ebenfalls optionalen fünften Schritt (V) wird eine Auflösung des Kondensates auf dem Messrohr identifiziert, wenn das zuvor außerhalb des Toleranzbereiches befindliche Ausgangssignal wieder innerhalb des Toleranzbereiches liegt
Fig. 5 zeigt eine Graphik einer Versuchsreihe in der die ermittelte Temperatur eines fließenden Mediums über den kontaktlosen Temperatursensor (A) und zweier Referenztemperatursensoren (B, C) in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen ist. Für das erfindungsgemäße Verfahren und das modulare Coriolis-Durchflussmessgerät ist nur ein bzw. genau ein optischer Temperatursensor (A) vorgesehen. Die Referenztemperatursensoren (B, C) sind Teil der Versuchsreihe, aber nicht des erfindungsgemäßen Verfahrens. Für die Versuchsreihe wurde das erfindungsgemäße Messrohrmodul in eine Messkammer angeordnet und ein fließfähiges Medium durch ein Messrohr des Messrohrmoduls geleitet. Die Kennlinie (A) beschreibt den Verlauf der mittels dem kontaktlosen Temperatursensor - in dem Fall einen Infrarot-Sensor - Temperatur TempJR. Die Kennlinie (B) wurde mit einem, mit dem durch das Messrohr fließenden Medium in Kontakt stehenden und die Mediumstemperatur Temp_Medium messenden ersten Referenztemperatursensor aufgenommen. Die Kennlinie (C) wurde mit einem in Wirkung mit der Umgebungstemperatur Temp_Ambient der Messkammer stehenden und diese ermittelnden zweiten Referenztemperatursensor aufgenommen. Zum Einen ist aus der Graphik ersichtlich, dass die über den kontaktlosen Temperatursensor ermittelte Temperatur gut mit der tatsächlichen Temperatur des Mediums übereinstimmt. Die geringfügige Abweichung lässt sich dadurch erklären, dass nicht die Temperatur des Mediums direkt sondern nur die Temperatur des Messrohres bzw. der Messrohroberfläche ermittelt ist. Der Verlauf der Kennlinien A und B liegen auch bei stufenförmiger Änderung der Mediumstemperatur hinreichend gut übereinander. Wird zusätzlich die Umgebungstemperatur Temp_Ambient erhöht, kommt es bei weiterer Senkung der Mediumstemperatur und somit auch der Messrohrtemperatur zu einer Kondensatbildung auf der zu überwachenden Messstelle. Dies passiert im abgebildeten Verlauf bei einer Mediumstemperatur von ca. 17 °C. In dem Zeitraum übermittelt der kontaktlose Temperatursensor in Ausgangssignale fehlerhafte Messdaten weiter, die außerhalb des spezifizierten Messbereiches des kontaktlosen Temperatursensors liegen und somit auch außerhalb des festgelegten Toleranzbereiches. Durch das Kondensat auf der Temperaturmessstelle kommt es zu Reflexionen des Lichtstrahles und nur ein Teil des von der Messrohroberfläche emittierten Lichtstrahles erreicht den kontaktlosen Temperatursensor.
Nach dem Erhöhen der Mediumstemperatur über 17°C löst sich das Kondensat auf und das aus dem Ausgangssignale ermittelte Temperatursignal stimmt wieder mit der tatsächlichen Mediumstemperatur überein.
Bezugszeichenliste
Modulares Coriolis-Durchflussmessgerät 1
Messrohr 3a, 3b
Messrohrmodul 4
Koppler 6
Verbindungskörper 7
Trägermodul 10
Aufnahme 11
Temperatursensor 12
Trägermodulkörper 22 sekundäre Erregerkomponente 13 sekundäre Sensorkomponente 14 primäre Erregerkomponente 23 primäre Sensorkomponente 24a, 24b
Auflagefläche 26
Kammer 30
Trägermodulwandung 31
Öffnung 32
Schutzglas 33
Messrohroberfläche 34
Dichtmittel 35
Befestigungsvorrichtung 36 zum Fixieren des Schutzglases
Blende 37
Temperaturmessstelle 38
Elektronikkomponenten 40
Bauteil 41
Befestigungsvorrichtung 48 zum Fixieren des Messrohrmoduls

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum kontaktlosen Ermitteln einer Kondensatbildung auf einer Oberfläche, insbesondere auf einer Messrohroberfläche (34) eines, insbesondere metallischen, Messrohres (3), mittels eines optischen Temperatursensors (12) zum kontaktlosen Detektieren einer Temperatur des Messrohres (3), umfassend die Verfahrensschritte:
- Empfangen eines von der Messrohroberfläche (34) des Messrohres (3) emittierten Lichtstrahles mittels des Temperatursensors (12),
- Ausgeben eines mit der Temperatur des Messrohres (3) korrelierenden Ausgangssignales an eine Auswerteschaltung (5),
- Identifizieren eines Kondensates auf der Messrohroberfläche (34), wenn das Ausgangssignal und/oder eine zeitliche Änderung des Ausgangssignales außerhalb eines Toleranzbereiches liegt mittels der Auswerteschaltung (5),
- Optional: Ausgeben eines Warnhinweises, dass sich Kondensat auf dem Messrohr (3) gebildet hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , umfassend den Verfahrensschritt:
- Identifizieren einer Auflösung des Kondensates, wenn das zuvor außerhalb des Toleranzbereiches befindliche Ausgangssignal wieder innerhalb des Toleranzbereiches liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Toleranzbereich eine erste Toleranzgrenze aufweist, wobei der Temperatursensor (12) einen Messbereich aufweist, wobei die Toleranzgrenze außerhalb des Messbereiches liegt.
4. Modulares Coriolis-Durchflussmessgerät (1 ) zum Bestimmen einer Prozessgröße eines fließfähigen Mediums, umfassend:
- ein Messrohrmodul (4), wobei das Messrohrmodul (4) mindestens ein Messrohr (3) zum Führen des Mediums umfasst, wobei das Messrohrmodul (4) eine primäre Erregerkomponente (23) aufweist, wobei das Messrohrmodul (4) eine primäre Sensorkomponente (24) aufweist;
- ein Trägermodul (10), wobei das Trägermodul (10) eine Aufnahme (11 ) aufweist, in dem das Messrohrmodul lösbar anordenbar ist, wobei das Trägermodul (10) eine zur primären Erregerkomponente (23) komplementären sekundären Erregerkomponente (13), wobei das Trägermodul (10) eine zur primären Sensorkomponente (24) komplementären sekundären Sensorkomponente (14) aufweist,
- einen kontaktlosen Temperatursensor (12), wobei der kontaktlose Temperatursensor (12) derart im/am Trägermodul (10) angeordnet ist, dass wenn das Messrohrmodul (4) im Trägermodul (10) angeordnet ist, der kontaktlose Temperatursensor (12) auf eine Oberfläche des Messrohrmoduls (4), insbesondere auf eine Messrohroberfläche (34) des Messrohres (3) gerichtet ist und einen von der Oberfläche des Messrohrmoduls (4), insbesondere der Messrohroberfläche (34) des Messrohres (3) emittierten Lichtstrahl empfängt, wobei das modulare Coriolis-Durchflussmessgerät (1 ) dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
5. Modulares Coriolis-Durchflussmessgerät (1 ) nach Anspruch 4, wobei der Temperatursensor (12) als Infrarot-Sensor augebildet ist und der Lichtstrahl infrarotes Licht umfasst.
6. Modulares Coriolis-Durchflussmessgerät (1 ) nach Anspruch 4 oder 5, wobei das mindestens eine Messrohr (3) in einem Messrohrabschnitt gebogen ausgebildet ist, wobei die Messrohroberfläche (34) in dem Messrohrabschnitt liegt.
7. Modulares Coriolis-Durchflussmessgerät (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Trägermodul (10) eine Kammer (40) zum Unterbringen des Temperatursensors (12) aufweist, wobei die Kammer (40) durch eine Trägermodulwandung (31 ) von der Aufnahme (11 ) getrennt ist, wobei der Temperatursensor (12) in der Kammer (40) angeordnet ist.
8. Modulares Coriolis-Durchflussmessgerät (1 ) nach Anspruch 7, wobei der Temperatursensor (12) in der Kammer (40) gegenüber der Luft in der Aufnahme (11 ) abgedichtet ist.
9. Modulares Coriolis-Durchflussmessgerät (1 ) nach Anspruch 7 oder 8, wobei in der Trägermodulwandung (31 ) eine Öffnung (32) angeordnet ist, wobei in der Öffnung (32) ein Schutzglas (33) angeordnet ist, wobei der Temperatursensor (12) derart in der Kammer (40) und das Messrohr (3) in der Aufnahme (11 ) derart angeordnet sind, dass der Lichtstrahl durch die Öffnung (32), insbesondere durch das für den Lichtstrahl zumindest teilweise transparente Schutzglas (33) hindurch zum Temperatur- sensor (12) gelangt.
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